隧道侧方基坑对隧道上方围岩压力拱的影响分析

现有关于基坑开挖对邻近隧道影响研究多是从位移变形和地表沉降直接探测其影响,鲜有研究从围岩“压力拱”来分析基坑对侧方隧道上方围岩稳定性影响。本文基于应力路径法原理,运用ANSYS有限元数值模拟,从既有基坑对新建隧道与新建基坑对既有隧道这两方面,研究基坑不同深度、不同宽度、不同基坑与隧道之间的净距这三个因素分别对侧方邻近隧道及上方围岩压力拱内外边界的影响规律。结论如下：既有隧道上方压力拱内外边界受侧方新建基坑不同深度、宽度和净距的影响敏感度低于新建隧道受侧方既有基坑不同深度、宽度和净距的影响敏感度,且敏感度相差最大的影响因素是基坑宽度。引入内边界增加值“Δh”,用于计算隧道在基坑影响下增加的竖向均布荷载,并判定上方围岩是否成拱,重新确定隧道深浅埋高度,并列出一定参考值。该研究可为隧道邻近基坑施工时的稳定性和安全性研究提供参考借鉴。     

新建立交隧道施工对既有隧道影响的模型试验

为分析新建立交隧道施工对既有隧道的影响,采用公路隧道结构与围岩综合试验系统对立交隧道进行三维物理模型试验。对既有隧道2个剖面的围岩压力、围岩内部位移及支护内力进行全程监测,通过分析得出：既有隧道Ⅰ剖面围岩压力受到的影响较大,Ⅱ剖面围岩压力受到的影响较小,各监测点的围岩压力基本处于减小状态,拱底围岩的稳定性降低;拱顶和拱腰围岩内部位移表现为拉伸变形,且拱顶处的变化值远大于拱腰处的变化值;既有隧道支护轴力变化的最终值基本为增加,支护弯矩变化的最终值都为减小;0.25D立交间距下既有隧道的围岩压力、内部位移及支护内力受新建隧道的影响较大,建议将立交隧道的立交间距控制在0.5D以上。     

基坑开挖对邻近既有隧道变形影响范围的数值分析

为了研究基坑开挖对邻近既有隧道变形的影响范围,采用FLAC3D有限差分方法,分别改变基坑长度、宽度、隧道-基坑相对位置,计算隧道位移的变化情况,从而得到不同工况下基坑邻近隧道的变形情况。研究结果表明:位于基坑正下方和右侧的隧道,其顶点的竖向位移和最左侧点的水平位移随基坑宽度和深度的增加而增大,随着隧道中心与基坑相对距离的增大而减小,但不同参数条件下隧道位移的变化幅度、斜率以及收敛情况各有不同;采用指数函数拟合得到基坑对邻近隧道变形影响范围的临界线函数,拟合相关系数R2接近1。     

不同溶腔-隧道间距对地铁隧道施工影响的模型试验研究

为探明不同溶腔-隧道净距下隧道施工对岩溶地层的扰动影响规律,以贵阳市轨道交通3号线一期工程为依托,开展了城市浅埋环境下不同溶腔-隧道间距对地铁隧道施工影响的模型试验研究。主要得到以下结论：(1)拱顶侧溶腔对拱腰水平位移影响较小,主要影响隧道拱顶的竖向沉降量;溶腔对原始地应力场的影响范围是有限的,溶腔直径为4 m、溶腔底部与隧道开挖轮廓线顶部净距为5 m时,隐伏溶腔的存在对隧顶围岩的沉降量影响不太显著。(2)溶腔与开挖隧道净距为1、2、5 m时,拱顶围岩最终土压力变化分别为47.4、84.7、135.1 kPa。溶腔底部距离隧道开挖轮廓线越近,拱顶围岩在隧道开挖后的土压力变化越小。岩溶地质现象对原始地应力场的影响表现为岩溶腔体对周边围岩的应力释放作用。(3)溶腔与隧道顶部净距为1、2、5 m时地中沉降峰值分别为25.7、32.8、38.8 mm,分别为无溶腔时的135.3%、172.6%、204.2%。隧道拱部隐伏溶腔与隧道净距并非越小对地表的沉降影响更大,溶腔-隧道净距与溶腔上覆土层厚度都会影响隧道开挖后的地表沉降。(4)各工况下拱架最终轴力表现为全环受压,弯矩值差异较轴力值更显著。拱...     

铁路立体交叉隧道施工爆破震动响应研究

文章通过建立不同交叉角度、净距和围岩条件的试验工况,对交叉段新建隧道施工爆破地震波引起的既有隧道衬砌的峰值速度进行分析,探讨了不同因素作用下立体交叉隧道施工爆破的动力响应。研究结果表明:处于既有隧道迎爆侧拱底和墙脚之间区域影响最为显著;除净距是上下交叉隧道最显著的影响因素外,随着交叉角度的增加,拱底速度峰值呈增大趋势,并且增长率逐渐加快;岩体越坚硬完整,爆破振动波传播衰减越慢,爆破地震波在传到既有隧道之前,出现峰值回升。     

隐伏溶洞影响下隧道开挖稳定性数值模拟

隐伏溶洞是引起隧道围岩失稳甚至塌方的常见不良地质之一,为分析其对隧道开挖稳定性的影响,采用FLAC3D有限差分法和现场监测手段,探讨了隐伏溶洞尺寸、溶洞与隧道净距及溶洞位置对隧道开挖过程中围岩应力场、应变场及隧道变形的影响规律。研究表明：①围岩最大剪应力与最大剪应变增量均随溶洞尺寸增大而增大（随净距增大而减小）,塑性区集中于隧道-溶洞中间岩柱;②隧道变形时程曲线呈“S”形,隧道变形随溶洞尺寸增大而增大（随净距增大而减小）;③当溶洞直径大于0.6倍隧道宽度,且与隧道净距小于0.6倍隧道宽度时,隐伏溶洞对围岩塑性区和隧道变形具有明显影响,且隧道侧部溶洞对隧道稳定性最为不利;④建议岩溶隧道工程采用动态化设计、施工及监测,并采用综合超前地质预报探明实时地质情况。     

大断面小净距隧道的净距优化分析

为对大断面小净距隧道的净距进行全面优化,采用大型有限元软件ANSYS,对不同净距下的大断面隧道施工过程进行数值模拟,研究不同净距下隧道施工过程的围岩应力场和位移场分布情况及支护体系的受力情况,获得隧道净距对围岩应力分布、支护体系受力和断面收敛的影响,再运用层次分析法分析影响因素的目标度,进行一致性检验并确定权重.研究结果表明:大断面小净距隧道在开挖过程中,围岩应力及变形略呈对称状态,先开挖隧道支护受力及围岩变形略大于后开挖隧道,净距越大,对称现象越明显,围岩应力和变形及支护体系的受力越小,围岩及支护体系稳定性越高,综合考虑支护体系安全及围岩稳定等因素,该大断面小净距隧道的最优净距为1.6B(B为开挖净距).     

三孔小净距隧道围岩安全系数分析

基于强度折减法基本原理,使用有限差分软件对三孔小净距隧道围岩安全系数进行了计算,并分别对隧道埋深和净距对围岩安全系数的影响进行了相关研究.结果表明:围岩相对安全系数随净距的增大而不断增大;当埋深增大至某个临界值后,围岩稳定性不再随着埋深的变化而发生改变,此时埋深的改变对围岩稳定性没有影响.隧道净距对围岩安全系数有重要影响.     

小净距隧道设计荷载的确定

为了提高小净距隧道的设计理论水平,分析了小净距隧道的受力情况.塌落拱的高度一般在3～4 m(隧道宽度15 m),小净距隧道中夹岩墙宽度只有5～7 m,在施工过程中,2个隧道的松动圈会出现重叠,使中夹岩墙产生较大的垂直向下位移,从而增加了塌落拱的跨度,中夹岩墙上部的应力相应增加.基于双塌落拱理论,认为小净距隧道松动压力的计算值应在单个隧道宽度与整个隧道开挖宽度相应的松动压力之间取值,根据中夹岩壁下沉的大小,在双塌落拱压力上乘以0.5～0.8的系数,来确定小净距隧道的荷载,建立了深、浅埋小净距隧道荷载模式.将该方法确定荷载与福州国际机场高速公路鹤上隧道(小净距)的监测数值进行对比,两者有较好的吻合.     

某基坑开挖对既有铁路隧道的影响分析

城市中基坑的开挖常常会影响邻近已建地下工程的安全性。本文运用大型有限元分析软件ANSYS对某实际工程进行分析,考虑基坑开挖对既有铁路隧道衬砌、周边围岩以及基坑的稳定性的影响,对拟定设计的安全性作出评价。     

黄土地层基坑开挖对既有地铁隧道影响分析

为解决黄土地区基坑开挖对近接地铁隧道运营安全带来的影响,研究基坑工程与地铁隧道之间的相互作用机理,基于正交试验分析了水平净距,竖直净距等影响因素敏感性程度,并进一步结合西安地铁八号线幸福林带基坑工程,采用室内模型试验分析了基坑开挖对既有隧道影响的受力变形规律,结果表明：基坑与隧道的竖直净距和水平净距对隧道水平和竖直位移影响显著;在施工过程中,隧道管片的拉伸值始终大于压缩值,且拉伸方向和水平内径变化规律相反;管片拱顶和右墙处弯矩逐渐增大,而拱底和左墙则呈现先减小后增大的趋势;管片周围土压力主要集中在拱底和右墙处,且一直保持减小趋势,其纵向土压力差不断减小,水平土压力差不断增大,导致隧道朝上和朝基坑方向移动。     

深基坑内支撑调节对邻近隧道受力特性相互影响规律试验研究

现有基坑近接隧道施工的保护措施多为加强支护刚度或采用轴力伺服系统以减小围护结构变形,未能深入考虑支撑伸缩调控下基坑-隧道的受力特性。为了明确基坑开挖施工对邻近既有隧道影响以及可调节内支撑伸缩对“基坑-隧道”受力特性的影响规律,开展了砂土地基中“基坑-隧道”相互影响的室内模型试验研究。获得了隧道的内力、周围土压力、隧道上部地表沉降、地连墙变形、墙背土压力等变化规律。研究结果表明：深基坑开挖施工过程中,隧道呈现上下压缩、左右拉伸的趋势。临近基坑一侧的土压力减小迅速,远离基坑一侧的土压力表现为增大。周边地表沉降呈碟形。内支撑主动伸缩调控下,基坑下部支撑伸缩引起的隧道弯矩变化量大于调控上部支撑,同时伸缩三道支撑时影响最大。支撑缩短时,隧道拱顶、拱底弯矩值正向增大,拱腰弯矩值反向增大。支撑伸长时,拱顶、拱底弯矩值减小,拱腰弯矩值增大。支撑伸缩对隧道拱腰水平土压力影响明显,对拱顶和拱底竖向土压力影响微弱。     

基坑群施工对邻近隧道影响与隧道保护

通过对邻近隧道基坑群分布类型进行分类归纳,系统研究了不同分布类型基坑群施工对邻近隧道的影响,揭示了各影响因素的作用机制,并提出了相应的保护措施,可为邻近隧道基坑群施工和隧道保护提供理论支撑.根据基坑群与邻近隧道位置关系可将基坑群分为单侧坑和双侧坑,根据基坑群单坑开挖深度和共墙情况可将基坑群分为邻近坑、贴靠坑和坑中坑,不同类型基坑对隧道的影响各不相同.基坑群施工对隧道的影响有"时空效应"、土压力多次卸荷、土体变形叠加效应、地下水影响等诸多方面.为控制基坑群施工对隧道的影响,可以在基坑群施工中采取合理分区分块、合理安排施工顺序,针对性调整围护结构刚度并采取适当加固,制定合适的降水方案和信息化施工等措施,以确保施工和隧道安全.最后结合上海龙华航空中心工程,采用数值分析和现场监测方法,阐述了基坑群施工中各影响因素的作用机制,并验证了各工程措施的有效性,可为预测、分析基坑群施工对邻近隧道影响,保护隧道结构提供参考.     

穿越煤层和断层的隧道开挖围岩变形分析

山区地质构造复杂,难免穿越复杂地层,此类地层强度和稳定性较低,往往对隧道围岩变形起着决定作用。本文以宝鼎2号特长公路隧道为依托,基于数值模拟和现场监测数据,分析隧道穿越断层及煤层时围岩的变形规律。研究结果表明：隧道穿越断层及煤层时,拱顶、拱腰、仰拱处的位移都发生突变,最终位移值皆远大于不含断层及煤层处的围岩,且不同空间位置的煤层对围岩变形的影响不同,与隧道轴线相交的煤层对隧道拱顶、拱腰、仰拱位移都有明显影响,而只处在隧道上方的煤层,仅对隧道拱顶的位移有影响,对拱腰和仰拱位移影响很小。     

隧道掘进对近接垂直交叉隧道的三维有限元分析

为研究隧道施工顺序对隧道开挖的影响,采用三维有限元分析方法模拟某垂直穿越隧道的开挖过程.基于砂土的亚塑性本构模型并考虑土体的小应变刚度,分析施工顺序对垂直交叉隧道的影响,研究对既有隧道附近土体的应力传递机制.研究结果表明:与无既有隧道工况相比,既有隧道的存在使得最大沉降量降低14％;新建隧道在既有隧道上方时,地表沉降较大,但影响范围小,当掌子面接近既有隧道中心线时,既有隧道的应力由拱顶传递至拱肩;当掌子面距离既有隧道中心线后方3D和前方6D之间时,应力释放对既有隧道的影响显著;新建隧道在既有隧道下方时,既有隧道产生的变形和弯矩更大;在垂直交叉隧道施工中,应充分考虑施工顺序对地表沉降、既有隧道的影响.     

隧道压力拱与围岩变形关系

压力拱是隧道工程开挖后围岩的自承载现象,对隧道稳定有着重要意义。通过数值分析可以发现,压力拱拱体内的岩体变形增长缓慢,压力拱内边界与隧道之间的岩体变形急剧增加;压力拱内边界越靠近隧道,隧道的变形量越小;压力拱厚度小,外边界处的变形也相对较小。在节理倾角分别为30°和60°及不同的节理间距条件下,压力拱位置、形态及拱体厚度均有所变化。     

基底脱空条件下交叉隧道动力放大效应

对于交叉隧道这一结构形式,下穿隧道的存在会使得上跨隧道交叉段结构在列车荷载作用下动力响应大于非交叉段。依托新建京张草帽山交叉隧道工程,采用现场测试的手段对交叉隧道动力放大效应进行了验证,基于有限差分法建立三维仿真模型,对基底脱空条件下交叉隧道动力放大效应开展研究,并分析隧道净距、围岩级别对加速度放大系数的影响。结果表明:交叉段各特征点动力放大效果由大至小依次为隧底、拱腰和拱顶;基底脱空会加剧交叉段动力放大效应;随着隧道净距减小和围岩级别降低,交叉点动力放大效应会有所增强,基底脱空时加速度放大系数相比于基底完好时受到隧道净距的影响更为显著。并考虑交叉隧道动力放大效应,对交叉隧道设计、施工及后续运营提出了一些建议。     

上覆薄煤层采空区公路隧道开挖稳定性试验研究

隧道下穿煤层采空区施工将对周围地层产生扰动,影响隧道围岩及初期支护的稳定性.进行了上覆薄煤层采空区隧道开挖的室内相似模型试验,试验中通过测量隧道开挖过程中采空区地层、隧道拱顶的沉降及初期支护内力等参数,对上下台阶法和单侧壁导坑法进行了对比分析.测试结果表明,隧道开挖引起的采空区地层沉降受开挖方法的影响显著,上下台阶法开挖引起的采空区地层沉降高于单侧壁导坑法,沉降槽曲线较陡、沉降范围更宽.两种开挖方法中,围岩压力的最大值均位于右拱脚处,钢拱架最大弯矩出现在拱脚处,最大轴力位于拱腰或拱肩处.其它条件相同时,采用单侧壁导坑法开挖时初期支护背后的围岩压力、钢拱架内力和偏心距等普遍大于上下台阶法开挖.研究表明在隧道下穿倾斜煤层采空区施工时,采用单侧壁导坑法开挖可以显著减小对采空区地层及围岩的扰动,但同时需增强初期支护的刚度,确保围岩及隧道结构的整体稳定性.     

浅埋双侧偏压小净距隧道围岩压力计算与监测分析

为了研究浅埋双侧偏压小净距隧道围岩压力的大小及分布规律,针对该类型隧道的特点,建立了浅埋双侧偏压小净距围岩压力荷载计算的力学模型,并结合公路隧道设计规范中有关成果,推导出能够考虑隧道左、右洞先后施工过程的隧道围岩压力计算理论.依托忻保高速钻钱门隧道工程对双侧偏压小净距隧道围岩与初期支护间接触压力进行现场监测,获得了该类型隧道围岩压力随时间和后行洞开挖影响的变化规律.由理论计算与现场监测结果对比分析可知,隧道各关键点围岩压力监测值均小于理论值,且其分布规律与理论成果相接近,表明计算模型合理.为该类型隧道设计与衬砌荷载的计算奠定了理论基础.     

围岩物性参数对小净距隧道稳定性的影响

数值仿真模拟研究的关键是数值模型的建立和围岩物理力学参数的选取。以京福高速公路小净距隧道为例,结合现行规范和有关文献,对Ⅳ级围岩物理力学参数进行了细化和分组,通过数值模拟分析,以研究围岩物性参数对小净距隧道稳定性的影响。所得结论对小净距隧道稳定性分析、施工和支护设计具有指导意义。